司家营二期铁矿石工艺性质

韩秀丽，姚俊元，张 韩，李志民，潘苗苗

(1.河北联合大学矿业工程学院，河北唐山063009;2.河北省矿业开发与安全技术实验室，河北唐山，063009; 3.河北钢铁集团涞源有色金属有限公司，河北涞源，074003;4.河北联合大学轻工学院，河北唐山063000)

0 引言

研山铁矿区地处河北滦县，属司家营铁矿二期采选工程项目，是冀东铁矿区的重要组成部分。随着二期工程的建成投产，司家营铁矿已成为目前亚洲最大铁矿［1］。但二期工程中铁矿石品位较低，精矿指标和尾矿指标波动较大，生产指标与设计值仍然存在一定差距，与一期矿石工艺性质［2-4］有所差异。本课题组已经对研山铁矿石的结构构造、矿物组成及解离性能进行了初步研究［5］，本文主要对矿石中有用矿物的嵌布特征、工艺粒度和可选性能进行综合研究，旨在为二期工程选择合理的配矿比例和选矿工艺提供理论依据。

1 矿区地质概况

矿区位于新河复式背斜坡西翼，司家营复式向斜东翼，出露地层以太古界、元古界和第四系为主。太古界(Ar)地层构成本区古老的结晶基底，主要由一套变质程度较浅、岩性较简单变粒岩类、片岩类和石英岩类等组成，混合岩化弱而普遍。第四系(Q)地层分布广泛，占矿区面积(10 km2)的70%以上。地表出露以亚砂土为主，次为坡、残积物。该系地层走向近南北，倾向西，倾角40～50°，矿体内小型褶皱发育。区内断裂构造较发育，主要有北北东向、北北西向和近东西向3组。区内尚未发现大规模的侵入岩体，仅在个别钻孔中见有产状不清、厚度较大的黑云霓辉正长岩。除此之外，还有一些中基性脉岩-变质辉长岩脉等［6］。

2 矿石物质组成特征

2.1 化学成分及物相分析

在采场不同部位取矿石样品，混匀后对研山铁矿石化学成分及铁物相进行测定，其结果见表1、2。

表1 原矿石化学成分分析

表2 矿石铁物相分析

由表1、2可知，矿石中有用元素为铁元素，品位为22.15%，已达工业指标。有害元素为P、S，含量较低。ωTFe/ωFeO=9.08%，该矿石属氧化矿石。矿石中主要含铁矿物为赤(褐)铁和磁性铁。

2.2 矿物组成特点

该区矿石以中细粒变晶结构和交代结构为主，伴有包含变晶结构。构造主要是条带状构造和揉皱构造［5］。将所取矿石样品制成光薄片，在德国蔡司Axioskop 40偏/反两用研究型显微镜下观察矿石的矿物组成、嵌布特征。通过观察结果可知矿石矿物组成较简单，矿石矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，少量褐铁矿和黄铁矿;脉石矿物主要为石英、绿泥石、长石、方解石，少量的角闪石和黑云母。矿石中有用矿物主要被包裹于脉石矿物中，部分为规则毗连关系。

3 矿石工艺类型

根据不同部位矿石的矿物组成、嵌布特征及可选性特点，将该区矿石分为难解离难选、易解离难选、易解离易选三种基本类型［7］。不同类型矿石所含矿物成分见表3。

表3 矿石中矿物组成及体积百分含量

由表3可以看出，三种类型矿石中矿石矿物含量均较低，为贫铁矿石。易解离易选矿石中绿泥石含量较少，而难解离难选及易解离难选矿石中含有较多的绿泥石及长石，长石多发生蚀变形成高岭土。绿泥石及高岭土属于易泥化矿物，不利于选别。

3.1 难解离难选型矿石特征

该类型矿石主要呈灰黑色，部分矿石表面因氧化而呈红褐色或黄褐色。条带状构造，磁性分布不均匀，以弱磁性为主。铁矿物主要为赤铁矿，少量的磁铁矿和褐铁矿。赤铁矿多呈半自形晶或星点状，结晶粒度以细粒为主，一般小于0.1 mm，多包裹于石英等脉石矿物中(照片1)，部分与脉石矿物呈不规则毗连镶嵌。磁铁矿多呈自形、半自形晶，与脉石矿物多呈规则毗连镶嵌。脉石矿物主要为石英，部分绿泥石、长石、方解石、黑云母。石英多呈它形粒状，嵌布粒度粗细不均匀，一般为0.05～0.30 mm。长石类矿物多呈他形粒状，多发生蚀变。黑云母多呈长条状(照片2)，部分蚀变为绿泥石。这类矿石磨矿时不易单体解离，且矿石细磨过程中微细粒矿石及泥化矿物会恶化浮选效果，因此该类矿石属于难解离难选型。

图1 难解离难选型矿石

3.2 易解离难选型矿石特征

该类型矿石主要呈灰黑色，部分矿石表面因褐铁矿化而呈红褐色或黄褐色，有溶蚀空洞现象，矿石磁性强弱不均匀。矿石矿物主要为赤铁矿，少量的磁铁矿、褐铁矿。赤铁矿多呈半自形或他形晶，结晶粒度一般为0.03～0.2 mm，与脉石矿物多呈规则毗连。脉石矿物主要为石英，部分绿泥石、长石、方解石、黑云母。石英多呈他形粒状，粒度较粗(照片3)。绿泥石粒度较细(照片4)，多呈细小片状分布于铁矿物边缘，少量呈长柱状与黑云母共同分布。这种类型的矿石易单体解离，但绿泥石矿物含量较高，不易选别，该类矿石属于易解离难选型。

图2 易解离难选型矿石

3.3 易解离易选型矿石特征

该类型矿石的颜色主要为灰黑色或青灰色，部分矿石表面有少量褐铁矿化现象而呈黄褐色。矿石磁性弱和强都有分布，矿石的比重比前两者均较大。矿石矿物主要为赤铁矿及磁铁矿，磁铁矿和赤铁矿均呈自形～半自形晶(照片5)，粒径一般为0.03～0.5 mm。多与脉石矿物多呈规则毗连，结合处较平直(照片6)。脉石矿物中以石英为主，见少量的方解石、黑云母、角闪石、长石。石英粒度粗细不均，一般为0.15～2.0 mm。该类矿石易单体解离，易泥化矿物含量极少，易选别，属于易解离易选型矿石。

图3 易解离易选型矿石

4 矿石工艺性质分析

4.1 工艺粒度测定

将三种不同类型矿石薄片在显微镜下观察，对矿石矿物做出定量性的分析。利用不同粒级矿石所占的百分含量判断该类矿石粒级的主要分布区域，以及不同类型矿石粒级的主要区别。现将测量结果列于表4～6。

表4 易解离易选型铁矿物粒度测定 刻度值D=0.01 mm

表5 易解离难选型铁矿物粒度测定 刻度值D=0.01 mm

表6 难解离难选型铁矿物粒度测定 刻度值D=0.01 mm

从表4～6可以看出，难解离难选型矿石粒级主要集中在0.04～0.16 mm之间，其余粒级含量分布不均。易解离难选型矿石中粒级分布区域主要在0.04～0.32 mm之间。易解离易选型矿石粒级主要分布于0.32～0.64 mm之间，且易解离易选型矿石中粗粒级矿石矿物比其他两种类型所占比例高，细粒级占比例较低。虽然根据粒度和嵌布特征将铁矿石分为三个类型，但总体仍为细粒级别，所以，在选别作业时适当细磨是非常必要的。

4.2 可选性分析

矿石的工艺性质分析，对选别工艺至关重要。可在分析结果的基础上对矿石的可选性拟定出选别方法，磨矿细度和分选指标等初步方案，为选矿工艺提供可靠的依据。铁矿石的矿物成分和粒度特征是决定选别难易的关键因素。

对于难解离难选型矿石，在实际磨矿中，为了使细粒嵌布铁矿石充分单体解离，需要将矿石磨得更细，已解离的铁矿物将不可避免的还要继续破碎。此外此类矿石中的脉石矿物有绿泥石和高岭土化现象，并且含量较高，达5%以上。此类蚀变矿物在磨矿时可形成矿泥，不利于选别，会造成精矿品位低，恶化选别过程。

易解离难选型矿石中有用矿物与脉石矿物嵌布关系较规则，较容易单体解离。但由于矿石含有一定量的绿泥石、黑云母等硬度较小的矿物组分，在浮选系统中，容易造成选矿指标的波动。黑云母和绿泥石都属于层状硅酸盐，易泥化。虽黑云母含量较少，但其嵌布粒度都较细。此外黑云母本身具有弱磁性，具有较高的表面能，容易被其它矿物吸附在表面，在强磁选过程中，难以与铁矿物分离。这种类型的矿石，矿石矿物与脉石矿物较容易单体解离，但较难以选别。

易解离易选型矿石嵌布粒度明显比其他两类粗，嵌布关系较规则，较容易达到单体解离，这类矿石通过简单粗磨即可进行选别处理。再者此类矿石几乎不含有绿泥石等蚀变矿物，较易选别。

5 结论

(1)根据矿石中矿石矿物与脉石矿物的嵌布关系以及工艺粒度等特点，将该区域矿石分为易解离易选型、易解离难选型、难解离难选型3种矿石类型。

(2)从三种类型矿石的工艺粒度和可选性分析可以看出，难解离难选型矿石属于细粒不均匀分布，而易解离易选型、易解离难选型矿石属于偏粗粒级不均匀分布，但由于难解离难选型矿石和易解离难选型矿石中有易泥化矿物的存在，因此在进行选别作业时，应进行阶段磨矿和阶段选别。

［1］ 王家华，张立.河北钢铁集团获准建亚洲最大铁矿山［N］.中国矿业报，2011-8-13(A02).

［2］ 陈越，褚海霞，陈彦亭，等.司家营铁矿一期露天矿矿石工艺矿物学研究［J］.金属矿山，2011，421(7):74-77.

［3］ 陈彦亭，南世卿，宋爱东，等.司家营铁矿矿石工艺矿物学特征分析［J］.现代矿业，2011，512(12):20-22.

［4］ 张永坤，郑为民，牛福生.司家营铁矿选矿工艺改进及生产实践［J］.金属矿山，2010(9):56-57.

［5］ 韩秀丽，张韩，刘丽娜，等.研山铁矿石工艺矿物学研究［J］.金属矿山，2013(8):70-73.

［6］ 李欣.司家营铁矿北区矿体地质与深部找矿的探讨［J］.金属矿山，2009(6):113-115.

［7］ 周乐光.工艺矿物学［M］.北京:冶金工业出版社，1990:109-125.